張?bào)憔_

【摘 要】 針對(duì)自動(dòng)激光測(cè)厚系統(tǒng)中存在的地環(huán)流干擾、自然干擾以及電磁干擾等干擾源，本文設(shè)計(jì)了一種基于高線性模擬光耦HCNR2000的信號(hào)隔離器。

【關(guān)鍵詞】 信號(hào)隔離器 線性光耦HCNR20

1 方案設(shè)計(jì)

由計(jì)算機(jī)或微處理器控制的智能電子系統(tǒng)中，各部分的電氣特性差別很大，為了避免數(shù)字或模擬信號(hào)在傳送時(shí)出現(xiàn)的穿越發(fā)送以及接收端之間屏障的電流連接，采用了信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器使接收端和發(fā)送端的地或基準(zhǔn)電平的差值達(dá)到數(shù)千伏，而且能夠有效防止損害信號(hào)的不同地電位產(chǎn)生的環(huán)路電流。

針對(duì)自動(dòng)激光測(cè)厚系統(tǒng)中的干擾來(lái)源，本文設(shè)計(jì)了一款線性信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器由開關(guān)電源部分和高精度電壓測(cè)量部分兩部分組成，如圖1所示。其中，開關(guān)電源是反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源，以TinySwitch系列的線性穩(wěn)壓芯片TNY254為核心，對(duì)輔助回路穩(wěn)壓，具有很高的負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率；高精度電壓測(cè)量部分采用線性光耦HCNR200，以隔離地環(huán)流，抑制干擾。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

結(jié)合自動(dòng)激光測(cè)厚技術(shù)的實(shí)際要求，信號(hào)隔離器的隔離強(qiáng)度為2000V，直流電壓輸入，直流電壓輸出，使用的輔助電源為AC/DC20-265V，變送精度為±0.1%，低功耗。本文假設(shè)輸入的電壓信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)電壓信號(hào)，即200mV-12。

2.1 輸入模塊

信號(hào)隔離器的隔離性能在很大程度上取決于輸入級(jí)采用的運(yùn)算放大器。輸入模塊接收傳感器采集的電信號(hào)，進(jìn)行濾波、放大。濾波器和放大電路的設(shè)計(jì)如圖2所示。

輸入的電壓信號(hào)，經(jīng)單運(yùn)放CA314放大，通常此時(shí)的放大比略大于1，因此反饋電阻R13取值為100歐姆，之后電壓信號(hào)一分為二，分別經(jīng)過電壓跟隨器以及放大電路進(jìn)行濾波放大。濾波，是為了將交流成分去除，保留直流成分。電容可將交流成分短路，如：同相輸入端接入的C1，接在輸出端與反相輸入端之間的C2。C2實(shí)際上是深度的交流負(fù)反饋，以防止交流成分放大。如果深度的交流負(fù)反饋很深，交流信號(hào)會(huì)減弱甚至接近于零。

輸入200mV電壓時(shí)，經(jīng)第一次放大，電壓略大于200mV。為了消除交流干擾，將電容接在運(yùn)放的輸入端和輸出端，形成反饋。經(jīng)第二次放大，電壓放大為5.798V。第二次放大，是為了HCNR200能正常工作。此外，輸入模塊中，信號(hào)已經(jīng)分成兩路分別隔離，而且兩電路之間的地有電容，以防止兩路輸出相互干擾。兩路結(jié)構(gòu)完全相同，以下分析均只分析一路。

2.2 隔離模塊

隔離模塊的隔離功能選用線性光耦HCNR200來(lái)實(shí)現(xiàn)。HCNR200是一種模擬光耦合器件，具有高線性度，由一個(gè)高性能的ALGaAS LED和兩個(gè)與ALGaAS LED匹配的光敏二極管組成。設(shè)計(jì)電路如圖3所示。在輸入電壓信號(hào)作用下，流過ALGaAS LED的電流隨之變化，而且與流過兩個(gè)光敏二極管的電流成嚴(yán)格的比例關(guān)系，那么輸出端電壓也會(huì)隨輸入電壓的變化而變化。

理論計(jì)算有：

（1-1）

由式1-1可知，改變電阻值可以實(shí)現(xiàn)不同放大倍數(shù)的測(cè)量電路。

2.3 輸出模塊

為保證輸出模塊的精度，輸出模塊作為隔離模塊的后續(xù)，只需加一個(gè)電壓跟隨器，通過斷開負(fù)反饋回路，消除大環(huán)路負(fù)反饋帶來(lái)的弊端，輸出模塊可以根據(jù)負(fù)載的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率，從而減小自身的發(fā)熱。在multisim10.0中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試電路圖如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的信號(hào)隔離器具有工作穩(wěn)定，隔離效果好，成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用在工業(yè)測(cè)量，特別是精密測(cè)量和實(shí)時(shí)精確控制系統(tǒng)中。endprint

【摘 要】 針對(duì)自動(dòng)激光測(cè)厚系統(tǒng)中存在的地環(huán)流干擾、自然干擾以及電磁干擾等干擾源，本文設(shè)計(jì)了一種基于高線性模擬光耦HCNR2000的信號(hào)隔離器。

【關(guān)鍵詞】 信號(hào)隔離器 線性光耦HCNR20

1 方案設(shè)計(jì)

由計(jì)算機(jī)或微處理器控制的智能電子系統(tǒng)中，各部分的電氣特性差別很大，為了避免數(shù)字或模擬信號(hào)在傳送時(shí)出現(xiàn)的穿越發(fā)送以及接收端之間屏障的電流連接，采用了信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器使接收端和發(fā)送端的地或基準(zhǔn)電平的差值達(dá)到數(shù)千伏，而且能夠有效防止損害信號(hào)的不同地電位產(chǎn)生的環(huán)路電流。

針對(duì)自動(dòng)激光測(cè)厚系統(tǒng)中的干擾來(lái)源，本文設(shè)計(jì)了一款線性信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器由開關(guān)電源部分和高精度電壓測(cè)量部分兩部分組成，如圖1所示。其中，開關(guān)電源是反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源，以TinySwitch系列的線性穩(wěn)壓芯片TNY254為核心，對(duì)輔助回路穩(wěn)壓，具有很高的負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率；高精度電壓測(cè)量部分采用線性光耦HCNR200，以隔離地環(huán)流，抑制干擾。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

結(jié)合自動(dòng)激光測(cè)厚技術(shù)的實(shí)際要求，信號(hào)隔離器的隔離強(qiáng)度為2000V，直流電壓輸入，直流電壓輸出，使用的輔助電源為AC/DC20-265V，變送精度為±0.1%，低功耗。本文假設(shè)輸入的電壓信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)電壓信號(hào)，即200mV-12。

2.1 輸入模塊

信號(hào)隔離器的隔離性能在很大程度上取決于輸入級(jí)采用的運(yùn)算放大器。輸入模塊接收傳感器采集的電信號(hào)，進(jìn)行濾波、放大。濾波器和放大電路的設(shè)計(jì)如圖2所示。

輸入的電壓信號(hào)，經(jīng)單運(yùn)放CA314放大，通常此時(shí)的放大比略大于1，因此反饋電阻R13取值為100歐姆，之后電壓信號(hào)一分為二，分別經(jīng)過電壓跟隨器以及放大電路進(jìn)行濾波放大。濾波，是為了將交流成分去除，保留直流成分。電容可將交流成分短路，如：同相輸入端接入的C1，接在輸出端與反相輸入端之間的C2。C2實(shí)際上是深度的交流負(fù)反饋，以防止交流成分放大。如果深度的交流負(fù)反饋很深，交流信號(hào)會(huì)減弱甚至接近于零。

輸入200mV電壓時(shí)，經(jīng)第一次放大，電壓略大于200mV。為了消除交流干擾，將電容接在運(yùn)放的輸入端和輸出端，形成反饋。經(jīng)第二次放大，電壓放大為5.798V。第二次放大，是為了HCNR200能正常工作。此外，輸入模塊中，信號(hào)已經(jīng)分成兩路分別隔離，而且兩電路之間的地有電容，以防止兩路輸出相互干擾。兩路結(jié)構(gòu)完全相同，以下分析均只分析一路。

2.2 隔離模塊

隔離模塊的隔離功能選用線性光耦HCNR200來(lái)實(shí)現(xiàn)。HCNR200是一種模擬光耦合器件，具有高線性度，由一個(gè)高性能的ALGaAS LED和兩個(gè)與ALGaAS LED匹配的光敏二極管組成。設(shè)計(jì)電路如圖3所示。在輸入電壓信號(hào)作用下，流過ALGaAS LED的電流隨之變化，而且與流過兩個(gè)光敏二極管的電流成嚴(yán)格的比例關(guān)系，那么輸出端電壓也會(huì)隨輸入電壓的變化而變化。

理論計(jì)算有：

（1-1）

由式1-1可知，改變電阻值可以實(shí)現(xiàn)不同放大倍數(shù)的測(cè)量電路。

2.3 輸出模塊

為保證輸出模塊的精度，輸出模塊作為隔離模塊的后續(xù)，只需加一個(gè)電壓跟隨器，通過斷開負(fù)反饋回路，消除大環(huán)路負(fù)反饋帶來(lái)的弊端，輸出模塊可以根據(jù)負(fù)載的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率，從而減小自身的發(fā)熱。在multisim10.0中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試電路圖如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的信號(hào)隔離器具有工作穩(wěn)定，隔離效果好，成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用在工業(yè)測(cè)量，特別是精密測(cè)量和實(shí)時(shí)精確控制系統(tǒng)中。endprint

【摘 要】 針對(duì)自動(dòng)激光測(cè)厚系統(tǒng)中存在的地環(huán)流干擾、自然干擾以及電磁干擾等干擾源，本文設(shè)計(jì)了一種基于高線性模擬光耦HCNR2000的信號(hào)隔離器。

【關(guān)鍵詞】 信號(hào)隔離器 線性光耦HCNR20

1 方案設(shè)計(jì)

由計(jì)算機(jī)或微處理器控制的智能電子系統(tǒng)中，各部分的電氣特性差別很大，為了避免數(shù)字或模擬信號(hào)在傳送時(shí)出現(xiàn)的穿越發(fā)送以及接收端之間屏障的電流連接，采用了信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器使接收端和發(fā)送端的地或基準(zhǔn)電平的差值達(dá)到數(shù)千伏，而且能夠有效防止損害信號(hào)的不同地電位產(chǎn)生的環(huán)路電流。

針對(duì)自動(dòng)激光測(cè)厚系統(tǒng)中的干擾來(lái)源，本文設(shè)計(jì)了一款線性信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器由開關(guān)電源部分和高精度電壓測(cè)量部分兩部分組成，如圖1所示。其中，開關(guān)電源是反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源，以TinySwitch系列的線性穩(wěn)壓芯片TNY254為核心，對(duì)輔助回路穩(wěn)壓，具有很高的負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率；高精度電壓測(cè)量部分采用線性光耦HCNR200，以隔離地環(huán)流，抑制干擾。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

結(jié)合自動(dòng)激光測(cè)厚技術(shù)的實(shí)際要求，信號(hào)隔離器的隔離強(qiáng)度為2000V，直流電壓輸入，直流電壓輸出，使用的輔助電源為AC/DC20-265V，變送精度為±0.1%，低功耗。本文假設(shè)輸入的電壓信號(hào)均為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)電壓信號(hào)，即200mV-12。

2.1 輸入模塊

信號(hào)隔離器的隔離性能在很大程度上取決于輸入級(jí)采用的運(yùn)算放大器。輸入模塊接收傳感器采集的電信號(hào)，進(jìn)行濾波、放大。濾波器和放大電路的設(shè)計(jì)如圖2所示。

輸入的電壓信號(hào)，經(jīng)單運(yùn)放CA314放大，通常此時(shí)的放大比略大于1，因此反饋電阻R13取值為100歐姆，之后電壓信號(hào)一分為二，分別經(jīng)過電壓跟隨器以及放大電路進(jìn)行濾波放大。濾波，是為了將交流成分去除，保留直流成分。電容可將交流成分短路，如：同相輸入端接入的C1，接在輸出端與反相輸入端之間的C2。C2實(shí)際上是深度的交流負(fù)反饋，以防止交流成分放大。如果深度的交流負(fù)反饋很深，交流信號(hào)會(huì)減弱甚至接近于零。

輸入200mV電壓時(shí)，經(jīng)第一次放大，電壓略大于200mV。為了消除交流干擾，將電容接在運(yùn)放的輸入端和輸出端，形成反饋。經(jīng)第二次放大，電壓放大為5.798V。第二次放大，是為了HCNR200能正常工作。此外，輸入模塊中，信號(hào)已經(jīng)分成兩路分別隔離，而且兩電路之間的地有電容，以防止兩路輸出相互干擾。兩路結(jié)構(gòu)完全相同，以下分析均只分析一路。

2.2 隔離模塊

隔離模塊的隔離功能選用線性光耦HCNR200來(lái)實(shí)現(xiàn)。HCNR200是一種模擬光耦合器件，具有高線性度，由一個(gè)高性能的ALGaAS LED和兩個(gè)與ALGaAS LED匹配的光敏二極管組成。設(shè)計(jì)電路如圖3所示。在輸入電壓信號(hào)作用下，流過ALGaAS LED的電流隨之變化，而且與流過兩個(gè)光敏二極管的電流成嚴(yán)格的比例關(guān)系，那么輸出端電壓也會(huì)隨輸入電壓的變化而變化。

理論計(jì)算有：

（1-1）

由式1-1可知，改變電阻值可以實(shí)現(xiàn)不同放大倍數(shù)的測(cè)量電路。

2.3 輸出模塊

為保證輸出模塊的精度，輸出模塊作為隔離模塊的后續(xù)，只需加一個(gè)電壓跟隨器，通過斷開負(fù)反饋回路，消除大環(huán)路負(fù)反饋帶來(lái)的弊端，輸出模塊可以根據(jù)負(fù)載的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率，從而減小自身的發(fā)熱。在multisim10.0中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試電路圖如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的信號(hào)隔離器具有工作穩(wěn)定，隔離效果好，成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用在工業(yè)測(cè)量，特別是精密測(cè)量和實(shí)時(shí)精確控制系統(tǒng)中。endprint